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记:最近很多读者对圆形机翼比较关心,此次就谈谈这方面的问题。圆形机翼到目前为止极少看到被飞行器采用过,倒是充斥在人类对UFO的描述和想像中,这是什么原因?
阮雄:人们对UFO的描述确实多为圆盘状。UFO的争论很多。它的来源约可分三类:一类是军、民方试验或放飞新飞行器,被人看见了但不是很清楚,因此给人印象多为圆盘。一个物体影像包括照片中的物体轮廓虚到一定程度后往往接近圆盘状。这里还包括一些不宣布的试验卫星或空飘气球等。第二类是气象光学现象,有些气象学家解释过。还有一类就是幻觉或故意做假。
其实圆形机翼飞行器很久前就研制了。20世纪30年代以来已出现过很多种,最成功的是1937年美国VOUGHT公司为美国海军搞的F5U1舰载机,总设计师是齐墨曼。美海军看中这种构型是想用在航母上。因为圆盘机翼翼展小,占地相对小,舰内机库可多放几架。而且该飞机设计下滑速度小,便于在舰上起降。这项目开始先做了一架验证机,代号V-173,安装两台活塞式发动机,使用现成F4U-4战斗机的螺旋桨,1942年11月23日首飞。到1943年底,试飞了200多次,发现一些问题,如操纵比较迟钝、螺旋桨振动等,但总的讲,海军表示满意,并要求克服发现的问题,生产两架样机,发动机改用1350马力的普惠R-2000型。飞机比验证机稍大一些,翼面宽约8.5米,平尾翼展9.91米,机长8.73米,机翼面积44.2平方米,空重5 958千克,最大起飞重量8 533千克。设计速度范围65~775千米/小时。这型飞机机翼近似圆形,后端装了平尾和垂尾。但两架飞机在1944和1945年刚生产出来,准备试飞时,就赶上喷气式时代,而且二战已经结束。这机型就被彻底放弃了。
记:圆形机翼为什么不能与喷气式共存?
阮:圆形机翼有先天的空气动力学缺点,即展弦比小。展弦比等于翼展的平方除以机翼面积。对圆形机翼就是直径的平方除以圆面积,分子分母将直径对消就等于4除以3.1416,结果是1.27。如果是正方形机翼则展弦比仅为1。苏27的展弦比约为3.5。前缘60°后掠三角翼的飞机展弦比也小,但也在2左右。F-117的展弦比很小,约为1.65。著名飞机设计师约翰逊(美国专门研究新奇飞机如U-2、SR-71的“臭鼬工程”总师)当初看到F-117时曾怀疑其能否飞起来。
我们知道,飞机的航程决定于飞机载油系数与升阻比的乘积(还有一些其它有关因数如发动机耗油率等)。而升阻比又等于升力系数除以废阻力系数与诱导阻力系数之和。废阻力是不会产生升力的那部分阻力,也就是纯粹的无用阻力,包括超音速飞行时的波阻。诱导阻力系数是由升力引发的阻力系数,它与升力系数的平方成正比,与机翼展弦比成反比。升力变大时诱导阻力会加剧变大,而机翼的展弦比小到一定程度以后也会导致诱导阻力加剧变大。所以小展弦比机翼的飞机升阻比小,航程性能不好。要求飞长航程的飞机都用大展弦比机翼。
例如B-52轰炸机展弦比为6.5,U-2侦察机展弦比10.6,“全球鹰”无人机展弦比25。此外,如果要求飞机经常做机动,升力系数要求很大,这时诱导阻力的增加将非常显著,飞机的机翼展弦比小,机动性也受影响。所以战斗机的机翼展弦比不宜太小。歼-8是三角翼,展弦比在2左右,亚音速最大升阻比约为8,而圆形机翼的展弦比仅为1.27,其最大升阻比将更低,估计只可能达到5左右。歼-8的航程已经不大,圆形机翼飞机的航程就更难以接受。这规律对战斗机和其它机种来说都如此。
另外圆形机翼的设计初衷就是做成全对称的形状,便于以各方向各种姿态飞行,因此它的机翼剖面形状就很难选择或设计。一般可用对称翼型甚至椭圆翼型而不用略带下弯的通常最佳翼型。结果是气动力性能更差,航程更短。
记:刚才讲展弦比小会导致诱导阻力非常大,原因是什么?
阮:机翼产生升力时其下表面气流压力大于上表面压力,因此气流会从机翼翼尖翻上来,形成涡流,这个涡流通常称翼尖涡流,是产生诱导阻力的一个很大的因素。粗略理解,展弦比小的机翼,翼端的弦长相对展弦比大的机翼来说要长一些,拿同尺寸的圆形机翼来讲,其翼端的前后弦长明显大于细长的机翼(如B-52),因此翼尖涡流的作用范围会更大,这就是诱导阻力大的原因。所以有些飞机在翼端装一块垂直的平板称端板,用来挡住上翻的涡流,减小诱导阻力。风洞进行机翼的二元试验时,可以采用端板的办法,或直接把机翼两端固定在风洞壁上来消除翼尖涡流的影响。这是简单的说法了。实际上还要进行各种数值修正等工作。
记:各种机型为什么不都加这个端板?
阮:加翼端端板虽然会减小诱导阻力,但同时端板本身会与空气摩擦,也就是增大废阻力,因此必须考虑诱导阻力与废阻力之和的最小值,用多大的端板才合适,这要进行风洞试验决定。近些年很多飞机特别是民航客机采用翼梢小翼,这是高级端板,它优化了这两种阻力的关系。鹰飞行时翼尖的羽毛也反映了这种情况。现代民航机翼梢小翼形状五花八门,向上向下的都有。
记:圆形机翼能否在周围设一些翼梢小翼来挡住涡流?
阮:大展弦比机翼翼弦不长,还可以装,圆形机翼的翼弦太长了,在翼端装一个小翼解决不了问题,需要沿机翼边缘装很多翼梢小翼,这就可能得不偿失。
记:美国海军在试验圆形机翼时是否没认识到这些规律?
阮:早都认识到了。因此美国当时在F5U-1舰载机机翼两端前面用了两个螺旋桨。这两个螺旋桨的转动方向正好和翼尖涡流的方向相反。左翼尖涡流是顺时针,那么左螺旋桨就是逆时针转。右翼尖涡流是逆时针,那么右螺旋桨就是顺时针转,这样一来螺旋桨的涡流削弱了原来很大的诱导阻力,圆形机翼小展弦比的缺点就被克服了。F5U1舰载机本来展弦比接近1,其翼尖涡流经过两部螺旋桨涡流的抵消,升阻比能达到展弦比约相当于4的显著效果。
记:这等于是人为造出来的大展弦比,比歼一8的数值都要好很多。
阮:这个思想是很可贵的。我的一个大学学长1947年的毕业论文就是做这方面课题。流体力学理论计算和实践结果相当符合。
记:二战时的飞机有无两台(或4台)发动机的螺旋桨同向转动的?
阮:可能有。但这样不太划算。由于陀螺力矩的作用将会很大。比如说螺旋桨逆时针转动,飞机在起飞抬头时机头会向左偏,如果飞机一低头,飞机要向右偏,飞行员要及时蹬舵修正。所以一般两台螺旋桨都是逆向转动。但单螺旋桨飞机就避免不了这种效应,所以用单螺旋桨飞机做初级教练机训练喷气式飞机飞行员是有缺陷的。因为到了喷气式飞机 上没有太明显的陀螺作用。不需要这些修正动作。有些飞行员的操纵习惯在初级教练机上已经养成,很不好改。如果直接用喷气式初级教练机训练就没这问题,但成本太高,所以目前大多数国家还是用单螺旋桨活塞式飞机做初级训练。事情总是这样一分为二。
不过,对于左右反转的多发动机飞机还有另一个问题。双螺旋桨飞机,两个螺旋桨逆向转动,陀螺力矩不明显,这样飞行员舒服了,但生产保障的难度增加了。左右发动机的变速器、桨叶完全是两套不同的东西,不能互相代替,生产时弄错了或机械师维护时左右装反了就全完。合理的生产方式是使得左右不同的硬件根本装不上去,不可能装反或装错(避免了墨菲定律,即可能弄错的东西早晚会出错),但这带来生产成本与维护、供应工作量的增加。
当美国F5U1舰载机已经看到良好前景时,喷气式出现了,而喷气式发动机不会给圆形机翼带来任何修正,所以圆形机翼就因为诱导阻力大这一本质缺点从1947年被放弃至今,很少有人研究它了。
记:有观点认为圆形机翼的展弦比小,波阻很小,适于超音速巡航,如何看?
阮:对于长方形机翼,同一翼型,展弦比变小波阻会下降。到展弦比约等于1时,超音速阻力的确比展弦比大的机翼下降很多。但圆形机翼超音速时阻力是否比其它形状的机翼小则还要试验对比才能知道,因为还有翼型问题。圆形机翼飞盘式的构形厚度很难降下来。厚度一大,超音速阻力就小不了。现在可以实施或将要进行超音速巡航的飞机还没有发现用圆形机翼的。
记:前面说的都是展弦比小的问题,那么展弦比大会有什么问题?
阮:光从气动力角度看展弦比越大越好,但机翼太细长了结构重量将会很大,强度不行。圆形机翼与其它小展弦比机翼一样,结构可以相对轻一些,因此它不需要很重的结构就能保证强度。
记:圆形机翼是否还有其它不足?
阮:在气动力方面存在的另一个问题是操纵困难。如果不增加尾翼,各种翼面和舵面只能装在圆盘上。飞机的重心要控制在圆心靠前一些的位置,舵面的力臂能有多长?所以操纵效率很低。如果作为战斗机,它的格斗性能将会很差。
还有一个不足就是内部容积不大,也不好布置。发动机装后部,机舱在中间,油箱放哪?如果作为预警机,雷达天线在圆形机翼中间转圈横扫,更没有装油空间。如果要加大机内容积只有将飞盘(圆形机翼)加厚。这对飞机阻力,特别是超音速阻力十分不利。
从武器安装角度也没优势,导弹挂架与普通机翼构型没什么区别。本来圆形机翼下方有足够的面积设置可360°旋转的导弹挂架,使导弹直接指向目标,而无需飞机做机动转弯指向目标,提高了反应速度。但现在的空空导弹能达到约90°角离轴发射,对飞机平台机动的要求已大大降低,根本不要求飞机一定指向目标。所以这个问题不重要。而且导弹挂架旋转带来的阻力、重量增加等问题,圆形机翼与一般机翼基本上没什么两样。
以前采用螺旋桨发动机时还有一个问题,就是机炮没位置,因为机炮前面已经被挥舞的螺旋桨桨叶糊满了,要么采用机械协调装置,要么机炮是在机翼外侧,超越了螺旋桨的范围。美国F-5U1舰载机就没有这么长的机翼,只能在两部螺旋桨之间很窄的一点缝隙中布置了6门机炮。
记:圆形机翼是否还有前途?
阮:圆形机翼的一个真正前景是用于微型无人机。美国已经有型号了。
记:微型无人机有无尺寸界定?
阮:大约翼展1米以下吧。美国国防预研局认为翼展15厘米是微型无人机的最佳尺寸。但这不是军标或法规,国际-上也没有共识。圆形机翼在无人机上有些优势。因为它翼展不大,利于单兵携带,而且在城市建筑、街道、树林等环境中易于穿行,不易碰障碍物。同样面积的无人机如果做成苏27的形状将很难携带,飞行也易碰撞。
还有,微型无人机空气黏性影响大,也就是摩擦阻力很大,亦即前面所说的废阻力大。衡量流体黏性影响大小有一个人为的参数称雷诺数。它与物体的特性尺寸(例如翼弦长度)和飞行速度成正比。大尺寸飞行器翼弦长,速度快,雷诺数就大。雷诺数越大,空气黏性影响相对小。无人飞机如果大到和有人飞机那样的程度,像“全球鹰”。展弦比大一些还是小一些,它的黏性影响都不太大。但如果无人机小到微型程度,黏性影响就很明显。这里有一个临界值,称临界雷诺数。小于这雷诺数黏性影响会突然变大。
但微型无人机的尺寸和飞行速度都很难使其雷诺数达到临界值以上。一般设计考虑是尽量使翼弦大一些来提高雷诺数。能超过临界雷诺数最好,即使不成,雷诺数大一些总比小一些好。机翼面积是由任务、使命决定的,所以往往只好用小展弦比机翼。微型无人机如果采用大展弦比机翼,则翼弦很短,黏性影响就很大。而对诱导阻力来说,飞行器展弦比小则诱导阻力就大,飞机的尺寸无论大小,这规律都一样。所以对大、中型速度较快的无人机来讲,采用大展弦比有利。微型无人机则要采用小展弦比机翼。把雷诺数提高一些,诱导阻力即使大一些,但黏性影响(这是主要矛盾)可以控制到一定程度。
因为微型无人机对航程要求不高,展弦比小使得升阻比小问题不大。反之,当黏性影响严重时,所有空气动力性能包括升阻比都将大为下降,展弦比再大也没用。因此,综合考虑,圆形机翼在微型无人机上就有了出路。而且为减少诱导阻力还可仿效当年F5U1的设计,在左右翼尖各装一个电动机带动的大螺旋桨,既可作为前进动力,又能提高航程。美国微型无人机MITE用方形机翼,已经采用这种布局。
记:美国的“暗星”无人机是利用扁平机身和圆形前缘,是否可兼顾隐身和飞行性能?
阮:“暗星”只是当中前部成半圆,两侧实际上是很长的机翼,展弦比很大,不算圆形机翼。在兼顾隐身方面是不错的。
记:这里有一个引申问题,无人机无论大小,好像外形线条轮廓都比较简单、直接、原始,没有有人飞机那样复杂的外形曲线,是什么原因?
阮:无人机不用考虑人的座舱等问题,任务一般也单纯一些。而现在的无人机多为亚音速,价格问题比较突出,所以现役无人机都设计得很简练,在能完成任务的条件下尽量简单以节约成本。
记:有观点认为圆形机翼战斗机的尾翼可以摒除,用矢量推力技术实现垂直起降、零半径转弯等,是否可行?
阮:不是圆形机翼的飞机也有类似的考虑。即用推力矢量及分布式喷气发动机代替各种操纵面控制飞机。强调隐身的飞机这方面已进行过研制,但现在似还没到应用阶段。
记:谈到这里实际上已对圆形机翼有了一个基本的看法,圆形机翼展弦比小导致诱导阻力大,进而导致升阻比小,进而导致平飞需要推力大,因此航程很短。圆形机翼只适于低速、不需大航程的小尺寸飞行器采用,最适合微型无人机。
阮雄:人们对UFO的描述确实多为圆盘状。UFO的争论很多。它的来源约可分三类:一类是军、民方试验或放飞新飞行器,被人看见了但不是很清楚,因此给人印象多为圆盘。一个物体影像包括照片中的物体轮廓虚到一定程度后往往接近圆盘状。这里还包括一些不宣布的试验卫星或空飘气球等。第二类是气象光学现象,有些气象学家解释过。还有一类就是幻觉或故意做假。
![](http://img1.qikan.com/qkimages/pqzs/pqzs200707/pqzs20070701-1-l.jpg)
其实圆形机翼飞行器很久前就研制了。20世纪30年代以来已出现过很多种,最成功的是1937年美国VOUGHT公司为美国海军搞的F5U1舰载机,总设计师是齐墨曼。美海军看中这种构型是想用在航母上。因为圆盘机翼翼展小,占地相对小,舰内机库可多放几架。而且该飞机设计下滑速度小,便于在舰上起降。这项目开始先做了一架验证机,代号V-173,安装两台活塞式发动机,使用现成F4U-4战斗机的螺旋桨,1942年11月23日首飞。到1943年底,试飞了200多次,发现一些问题,如操纵比较迟钝、螺旋桨振动等,但总的讲,海军表示满意,并要求克服发现的问题,生产两架样机,发动机改用1350马力的普惠R-2000型。飞机比验证机稍大一些,翼面宽约8.5米,平尾翼展9.91米,机长8.73米,机翼面积44.2平方米,空重5 958千克,最大起飞重量8 533千克。设计速度范围65~775千米/小时。这型飞机机翼近似圆形,后端装了平尾和垂尾。但两架飞机在1944和1945年刚生产出来,准备试飞时,就赶上喷气式时代,而且二战已经结束。这机型就被彻底放弃了。
记:圆形机翼为什么不能与喷气式共存?
阮:圆形机翼有先天的空气动力学缺点,即展弦比小。展弦比等于翼展的平方除以机翼面积。对圆形机翼就是直径的平方除以圆面积,分子分母将直径对消就等于4除以3.1416,结果是1.27。如果是正方形机翼则展弦比仅为1。苏27的展弦比约为3.5。前缘60°后掠三角翼的飞机展弦比也小,但也在2左右。F-117的展弦比很小,约为1.65。著名飞机设计师约翰逊(美国专门研究新奇飞机如U-2、SR-71的“臭鼬工程”总师)当初看到F-117时曾怀疑其能否飞起来。
我们知道,飞机的航程决定于飞机载油系数与升阻比的乘积(还有一些其它有关因数如发动机耗油率等)。而升阻比又等于升力系数除以废阻力系数与诱导阻力系数之和。废阻力是不会产生升力的那部分阻力,也就是纯粹的无用阻力,包括超音速飞行时的波阻。诱导阻力系数是由升力引发的阻力系数,它与升力系数的平方成正比,与机翼展弦比成反比。升力变大时诱导阻力会加剧变大,而机翼的展弦比小到一定程度以后也会导致诱导阻力加剧变大。所以小展弦比机翼的飞机升阻比小,航程性能不好。要求飞长航程的飞机都用大展弦比机翼。
例如B-52轰炸机展弦比为6.5,U-2侦察机展弦比10.6,“全球鹰”无人机展弦比25。此外,如果要求飞机经常做机动,升力系数要求很大,这时诱导阻力的增加将非常显著,飞机的机翼展弦比小,机动性也受影响。所以战斗机的机翼展弦比不宜太小。歼-8是三角翼,展弦比在2左右,亚音速最大升阻比约为8,而圆形机翼的展弦比仅为1.27,其最大升阻比将更低,估计只可能达到5左右。歼-8的航程已经不大,圆形机翼飞机的航程就更难以接受。这规律对战斗机和其它机种来说都如此。
另外圆形机翼的设计初衷就是做成全对称的形状,便于以各方向各种姿态飞行,因此它的机翼剖面形状就很难选择或设计。一般可用对称翼型甚至椭圆翼型而不用略带下弯的通常最佳翼型。结果是气动力性能更差,航程更短。
![](http://img1.qikan.com/qkimages/pqzs/pqzs200707/pqzs20070701-2-l.jpg)
记:刚才讲展弦比小会导致诱导阻力非常大,原因是什么?
阮:机翼产生升力时其下表面气流压力大于上表面压力,因此气流会从机翼翼尖翻上来,形成涡流,这个涡流通常称翼尖涡流,是产生诱导阻力的一个很大的因素。粗略理解,展弦比小的机翼,翼端的弦长相对展弦比大的机翼来说要长一些,拿同尺寸的圆形机翼来讲,其翼端的前后弦长明显大于细长的机翼(如B-52),因此翼尖涡流的作用范围会更大,这就是诱导阻力大的原因。所以有些飞机在翼端装一块垂直的平板称端板,用来挡住上翻的涡流,减小诱导阻力。风洞进行机翼的二元试验时,可以采用端板的办法,或直接把机翼两端固定在风洞壁上来消除翼尖涡流的影响。这是简单的说法了。实际上还要进行各种数值修正等工作。
记:各种机型为什么不都加这个端板?
阮:加翼端端板虽然会减小诱导阻力,但同时端板本身会与空气摩擦,也就是增大废阻力,因此必须考虑诱导阻力与废阻力之和的最小值,用多大的端板才合适,这要进行风洞试验决定。近些年很多飞机特别是民航客机采用翼梢小翼,这是高级端板,它优化了这两种阻力的关系。鹰飞行时翼尖的羽毛也反映了这种情况。现代民航机翼梢小翼形状五花八门,向上向下的都有。
记:圆形机翼能否在周围设一些翼梢小翼来挡住涡流?
阮:大展弦比机翼翼弦不长,还可以装,圆形机翼的翼弦太长了,在翼端装一个小翼解决不了问题,需要沿机翼边缘装很多翼梢小翼,这就可能得不偿失。
记:美国海军在试验圆形机翼时是否没认识到这些规律?
阮:早都认识到了。因此美国当时在F5U-1舰载机机翼两端前面用了两个螺旋桨。这两个螺旋桨的转动方向正好和翼尖涡流的方向相反。左翼尖涡流是顺时针,那么左螺旋桨就是逆时针转。右翼尖涡流是逆时针,那么右螺旋桨就是顺时针转,这样一来螺旋桨的涡流削弱了原来很大的诱导阻力,圆形机翼小展弦比的缺点就被克服了。F5U1舰载机本来展弦比接近1,其翼尖涡流经过两部螺旋桨涡流的抵消,升阻比能达到展弦比约相当于4的显著效果。
记:这等于是人为造出来的大展弦比,比歼一8的数值都要好很多。
阮:这个思想是很可贵的。我的一个大学学长1947年的毕业论文就是做这方面课题。流体力学理论计算和实践结果相当符合。
记:二战时的飞机有无两台(或4台)发动机的螺旋桨同向转动的?
阮:可能有。但这样不太划算。由于陀螺力矩的作用将会很大。比如说螺旋桨逆时针转动,飞机在起飞抬头时机头会向左偏,如果飞机一低头,飞机要向右偏,飞行员要及时蹬舵修正。所以一般两台螺旋桨都是逆向转动。但单螺旋桨飞机就避免不了这种效应,所以用单螺旋桨飞机做初级教练机训练喷气式飞机飞行员是有缺陷的。因为到了喷气式飞机 上没有太明显的陀螺作用。不需要这些修正动作。有些飞行员的操纵习惯在初级教练机上已经养成,很不好改。如果直接用喷气式初级教练机训练就没这问题,但成本太高,所以目前大多数国家还是用单螺旋桨活塞式飞机做初级训练。事情总是这样一分为二。
不过,对于左右反转的多发动机飞机还有另一个问题。双螺旋桨飞机,两个螺旋桨逆向转动,陀螺力矩不明显,这样飞行员舒服了,但生产保障的难度增加了。左右发动机的变速器、桨叶完全是两套不同的东西,不能互相代替,生产时弄错了或机械师维护时左右装反了就全完。合理的生产方式是使得左右不同的硬件根本装不上去,不可能装反或装错(避免了墨菲定律,即可能弄错的东西早晚会出错),但这带来生产成本与维护、供应工作量的增加。
![](http://img1.qikan.com/qkimages/pqzs/pqzs200707/pqzs20070701-3-l.jpg)
当美国F5U1舰载机已经看到良好前景时,喷气式出现了,而喷气式发动机不会给圆形机翼带来任何修正,所以圆形机翼就因为诱导阻力大这一本质缺点从1947年被放弃至今,很少有人研究它了。
记:有观点认为圆形机翼的展弦比小,波阻很小,适于超音速巡航,如何看?
阮:对于长方形机翼,同一翼型,展弦比变小波阻会下降。到展弦比约等于1时,超音速阻力的确比展弦比大的机翼下降很多。但圆形机翼超音速时阻力是否比其它形状的机翼小则还要试验对比才能知道,因为还有翼型问题。圆形机翼飞盘式的构形厚度很难降下来。厚度一大,超音速阻力就小不了。现在可以实施或将要进行超音速巡航的飞机还没有发现用圆形机翼的。
记:前面说的都是展弦比小的问题,那么展弦比大会有什么问题?
阮:光从气动力角度看展弦比越大越好,但机翼太细长了结构重量将会很大,强度不行。圆形机翼与其它小展弦比机翼一样,结构可以相对轻一些,因此它不需要很重的结构就能保证强度。
记:圆形机翼是否还有其它不足?
阮:在气动力方面存在的另一个问题是操纵困难。如果不增加尾翼,各种翼面和舵面只能装在圆盘上。飞机的重心要控制在圆心靠前一些的位置,舵面的力臂能有多长?所以操纵效率很低。如果作为战斗机,它的格斗性能将会很差。
还有一个不足就是内部容积不大,也不好布置。发动机装后部,机舱在中间,油箱放哪?如果作为预警机,雷达天线在圆形机翼中间转圈横扫,更没有装油空间。如果要加大机内容积只有将飞盘(圆形机翼)加厚。这对飞机阻力,特别是超音速阻力十分不利。
![](http://img1.qikan.com/qkimages/pqzs/pqzs200707/pqzs20070701-4-l.jpg)
从武器安装角度也没优势,导弹挂架与普通机翼构型没什么区别。本来圆形机翼下方有足够的面积设置可360°旋转的导弹挂架,使导弹直接指向目标,而无需飞机做机动转弯指向目标,提高了反应速度。但现在的空空导弹能达到约90°角离轴发射,对飞机平台机动的要求已大大降低,根本不要求飞机一定指向目标。所以这个问题不重要。而且导弹挂架旋转带来的阻力、重量增加等问题,圆形机翼与一般机翼基本上没什么两样。
以前采用螺旋桨发动机时还有一个问题,就是机炮没位置,因为机炮前面已经被挥舞的螺旋桨桨叶糊满了,要么采用机械协调装置,要么机炮是在机翼外侧,超越了螺旋桨的范围。美国F-5U1舰载机就没有这么长的机翼,只能在两部螺旋桨之间很窄的一点缝隙中布置了6门机炮。
记:圆形机翼是否还有前途?
阮:圆形机翼的一个真正前景是用于微型无人机。美国已经有型号了。
记:微型无人机有无尺寸界定?
阮:大约翼展1米以下吧。美国国防预研局认为翼展15厘米是微型无人机的最佳尺寸。但这不是军标或法规,国际-上也没有共识。圆形机翼在无人机上有些优势。因为它翼展不大,利于单兵携带,而且在城市建筑、街道、树林等环境中易于穿行,不易碰障碍物。同样面积的无人机如果做成苏27的形状将很难携带,飞行也易碰撞。
还有,微型无人机空气黏性影响大,也就是摩擦阻力很大,亦即前面所说的废阻力大。衡量流体黏性影响大小有一个人为的参数称雷诺数。它与物体的特性尺寸(例如翼弦长度)和飞行速度成正比。大尺寸飞行器翼弦长,速度快,雷诺数就大。雷诺数越大,空气黏性影响相对小。无人飞机如果大到和有人飞机那样的程度,像“全球鹰”。展弦比大一些还是小一些,它的黏性影响都不太大。但如果无人机小到微型程度,黏性影响就很明显。这里有一个临界值,称临界雷诺数。小于这雷诺数黏性影响会突然变大。
但微型无人机的尺寸和飞行速度都很难使其雷诺数达到临界值以上。一般设计考虑是尽量使翼弦大一些来提高雷诺数。能超过临界雷诺数最好,即使不成,雷诺数大一些总比小一些好。机翼面积是由任务、使命决定的,所以往往只好用小展弦比机翼。微型无人机如果采用大展弦比机翼,则翼弦很短,黏性影响就很大。而对诱导阻力来说,飞行器展弦比小则诱导阻力就大,飞机的尺寸无论大小,这规律都一样。所以对大、中型速度较快的无人机来讲,采用大展弦比有利。微型无人机则要采用小展弦比机翼。把雷诺数提高一些,诱导阻力即使大一些,但黏性影响(这是主要矛盾)可以控制到一定程度。
因为微型无人机对航程要求不高,展弦比小使得升阻比小问题不大。反之,当黏性影响严重时,所有空气动力性能包括升阻比都将大为下降,展弦比再大也没用。因此,综合考虑,圆形机翼在微型无人机上就有了出路。而且为减少诱导阻力还可仿效当年F5U1的设计,在左右翼尖各装一个电动机带动的大螺旋桨,既可作为前进动力,又能提高航程。美国微型无人机MITE用方形机翼,已经采用这种布局。
记:美国的“暗星”无人机是利用扁平机身和圆形前缘,是否可兼顾隐身和飞行性能?
阮:“暗星”只是当中前部成半圆,两侧实际上是很长的机翼,展弦比很大,不算圆形机翼。在兼顾隐身方面是不错的。
记:这里有一个引申问题,无人机无论大小,好像外形线条轮廓都比较简单、直接、原始,没有有人飞机那样复杂的外形曲线,是什么原因?
阮:无人机不用考虑人的座舱等问题,任务一般也单纯一些。而现在的无人机多为亚音速,价格问题比较突出,所以现役无人机都设计得很简练,在能完成任务的条件下尽量简单以节约成本。
记:有观点认为圆形机翼战斗机的尾翼可以摒除,用矢量推力技术实现垂直起降、零半径转弯等,是否可行?
阮:不是圆形机翼的飞机也有类似的考虑。即用推力矢量及分布式喷气发动机代替各种操纵面控制飞机。强调隐身的飞机这方面已进行过研制,但现在似还没到应用阶段。
记:谈到这里实际上已对圆形机翼有了一个基本的看法,圆形机翼展弦比小导致诱导阻力大,进而导致升阻比小,进而导致平飞需要推力大,因此航程很短。圆形机翼只适于低速、不需大航程的小尺寸飞行器采用,最适合微型无人机。